JPH0620629A

JPH0620629A - 回転対陰極ｘ線発生装置

Info

Publication number: JPH0620629A
Application number: JP19586692A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Sakurai; 仁桜井; Kenji Sakurai; 健次桜井
Original assignee: National Research Institute for Metals; Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Current assignee: National Research Institute for Metals; Rigaku Denki Co Ltd; Rigaku Corp
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 1994-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】対陰極の回転軸線を水平にした状態で水平方
向に線焦点のＸ線ビームを取り出すことができるように
する。【構成】フィラメント２８から対陰極２６に向かって
電子ビーム３０が照射され、対陰極２６の外周面３２上
に焦点３４が形成される。この焦点３４は細長い形状で
あり、焦点３４の長手方向は、対陰極２６の外周面３２
の周方向と一致している。Ｘ線取り出し窓３６、３７か
らは線焦点のＸ線ビーム３８を水平に取り出すことがで
きる。対陰極２６の直径は２５０ｍｍであり、焦点３４
の長さＬは１０ｍｍ、幅Ｗは１ｍｍである。この回転対
陰極を用いると、従来と比較して、Ｘ線強度の大きな線
焦点のＸ線ビームを取り出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円筒形状の回転対陰極
を備えるＸ線発生装置に関し、特にＸ線焦点の形状に特
徴のある回転対陰極Ｘ線発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、水平な回転軸線の回りを回転す
る従来の回転対陰極Ｘ線発生装置の斜視図である。電子
ビーム発生源であるフィラメント１０から対陰極１２に
向かって電子ビーム１４が照射され、対陰極１２の外周
面１６上に焦点１８が形成される。この焦点１８は細長
い形状であり、焦点１８の長手方向は、対陰極１２の回
転軸線に平行となっている。すなわち、対陰極１２の外
周面１６の周方向に沿った焦点寸法は短くなっている。

【０００３】対陰極１２の外周面１６を構成する特定の
領域に着目すると、この領域は、対陰極１２が１回転す
る間に、１回だけ焦点１８を通過する。前記領域が焦点
１８を通過するとき、電子ビーム１４の照射を受けてこ
の領域からＸ線を発生する。同時に、電子ビーム１４の
もつエネルギーの大部分は熱エネルギーとなって前記領
域が高温に加熱される。しかし、焦点１８の周方向に沿
った寸法が短いので、前記領域は短時間で焦点１８を通
過することになって、高温になった前記領域はすぐに冷
却される。回転対陰極の内部は一般的に水冷しているの
で、前記領域が受けた熱は、冷却水に吸収されて外部に
排出される。

【０００４】図６に示すように対陰極と焦点とを配置し
た場合、焦点１８から水平方向にＸ線を取り出せば点焦
点のＸ線ビーム２０が得られる。Ｘ線取り出し窓２２の
方向から見れば、細長い焦点１８も点状に見えることに
なる。また、回転対陰極は上述のように対陰極材料が瞬
間的に焦点を通過するだけなので大電力を投入すること
ができる。例えば、直径２５０ｍｍの大きな対陰極を１
万ｒｐｍ程度の高速で回転させれば、６０ｋＷの電力
（６０ｋＶ、１０００ｍＡ）を投入することが可能であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の回転対
陰極においては、点焦点のＸ線ビームを水平方向に取り
出すことができても、線焦点のＸ線ビームを水平方向に
取り出すには多くの制約がある。図６において、焦点１
８の上下方向にＸ線取り出し窓を設ければ、線焦点のＸ
線ビームを取り出すことはできる。しかし、このＸ線ビ
ームをＸ線分析装置等のＸ線源として用いるには不便で
ある。すなわち、上方または下方に向かうような線焦点
のＸ線ビームを用いると、Ｘ線分析装置等の光学系の光
軸をほぼ鉛直平面内に配置する必要があり、このように
すると、光軸を水平面内に配置する通常の装置構成と比
較して、Ｘ線分析装置自体の構造が複雑となる。また、
Ｘ線発生装置の上方または下方にＸ線分析装置を配置す
る必要もあり、これも大変であり、現実的でない。

【０００６】そこで、線焦点のＸ線ビームを水平方向に
取り出すために、図７に示すように、鉛直に延びる回転
軸線の回りに対陰極１２を回転させることが考えられ
る。このようにすると、水平方向に線焦点のＸ線ビーム
２４を取り出すことができる。したがって、Ｘ線分析装
置としては、通常の配置構成のものをそのまま使用でき
る。

【０００７】しかし、図７のように回転対陰極を配置し
て線焦点のＸ線ビーム２４を取り出すようにすると、大
型の回転対陰極では次のような問題がある。（１）焦点１８からＸ線取り出し窓２２までの距離Ｅ
は、少なくとも対陰極の半径よりは大きくする必要があ
るので、図６のような配置と比較して距離Ｅが大きくな
ってしまう。強力な線焦点のＸ線ビームを得ようとし
て、対陰極の直径を大きくすればするほど、距離Ｅは大
きくなる。距離Ｅが大きくなると、取り出し窓２２から
得られるＸ線強度が低下してしまう。

【０００８】（２）Ｘ線分析装置としてＸ線ディフラク
トメータを用いる場合、ディフラクトメータが大型化し
てしまう。ディフラクトメータのゴニオメータ半径は、
Ｘ線焦点から試料までの距離と等しくする必要があり、
上述の距離Ｅが大きくなるとディフラクトメータ全体を
大型化させなければならず、汎用のものを使用すること
ができなくなる。また、上述の距離Ｅが大きくなると、
対陰極を収容する真空容器の水平断面が大きくなる。そ
の結果、回折Ｘ線の高角側の測定の際にＸ線検出器が真
空容器に衝突するのを避けるために、高角側の測定可能
な角度範囲が制限される。測定装置に対するこのような
幾何学的な制約は、ディフラクトメータのみにとどまら
ない。湾曲結晶を用いるＥＸＡＦＳ測定装置の分光器で
は、結晶モノクロメータと焦点の間の距離により角度が
決まるため、結晶モノクロメータをどれだけ焦点に近付
けられるかが非常に重要である。焦点のまわりの空間の
自由度が制限されると、測定に支障が生じることにな
る。

【０００９】（３）対陰極を真空中で１万ｒｐｍ程度の
高速で回転させる場合、対陰極の回転シャフトは磁性流
体シール装置によって回転可能に真空封止されている。
また、重量のある対陰極を回転可能に支持するために、
磁性流体シール装置の両側に、強制油潤滑方式の軸受を
配置してある。対陰極を図７のように配置すると、回転
シャフトが鉛直方向に延びることになる。このために、
強制油潤滑方式の軸受のオイルが磁性流体シール装置の
方に流れてきてシール性能に悪影響を及ぼす恐れがあ
る。

【００１０】結局、上述のようなさまざまな問題がある
ために、特に大型の回転対陰極では、図７のような配置
を用いて回転対陰極から線焦点のＸ線ビームを取り出す
ことは現実的でなく、Ｘ線強度面でもそれほどの向上は
期待できない。

【００１１】本発明の目的は、対陰極の回転軸線を水平
にした状態で水平方向に線焦点のＸ線ビームを取り出す
ことのできる回転対陰極Ｘ線発生装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】第１の発明は、
水平な回転軸線の回りを回転する円筒形状の対陰極と、
この対陰極に照射する電子ビームを発生する電子ビーム
発生源とを備える回転対陰極Ｘ線発生装置において、前
記対陰極の外周面上に電子ビームを照射して細長い焦点
を形成するようにし、その焦点の長手方向が、対陰極の
外周面の周方向と一致するようにしたものである。この
ように焦点を形成すると、焦点から水平方向に線焦点の
Ｘ線ビームを取り出すことができる。本発明のような焦
点を形成するには、電子ビーム発生源であるフィラメン
トを、全体として鉛直方向に延びるように配置して、対
陰極に対向させればよい。本発明により、大型の回転対
陰極を用いた場合でも線焦点のＸ線ビームを水平方向に
取り出すことが可能になる。なお、このような構成にす
ると、図６の配置に比べて熱負荷の点で厳しくなるの
で、図６の配置と比較してＸ線出力強度は多少犠牲にし
なければならない。しかし、この点を考慮しても、な
お、現存する線焦点Ｘ線源（例えば、小型の対陰極を図
７の配置にしたもの）よりも数倍のＸ線強度が得られ
る。

【００１３】第２の発明は、第１の発明における対陰極
の直径を２５０ｍｍ以上にしたものである。第１の発明
では、対陰極の外周面の周方向に沿って焦点が細長く延
びているので、焦点を真横から見ると、円弧の一部とな
っている。この円弧の曲率半径は、当然、対陰極の半径
に等しい。この円弧の曲率半径が小さいと、線焦点とし
て取り出したＸ線ビームは、鉛直方向に直線状に延びた
理想的なビーム形状と比較して、曲がりが大きくなる。
しかし、本発明では対陰極の直径を２５０ｍｍ以上にし
たことにより、線焦点の形状の歪みは小さくなり、あま
り問題にならない。なお、本発明では、対陰極の直径を
大きくしても、焦点からＸ線取り出し窓までの距離は大
きくならない。

【００１４】第３の発明は、第１の発明において、電子
ビーム発生源を、対陰極に対して、回転軸線に平行な方
向に相対的に移動可能にしたものである。第１の発明で
は、対陰極の外周面の周方向に沿って焦点が細長く延び
ているので、従来の焦点配置の場合と比較して、電子ビ
ーム照射を受ける対陰極表面は大きい熱負荷を受け、損
傷を受けやすい。そこで、一定時間だけ対陰極を使用し
たら、電子ビームの当たる位置を回転軸線の方向にずら
してやるとよい。そのためには、電子ビーム発生源を、
対陰極に対して、回転軸線に平行な方向に相対的に移動
させればよい。この場合、真空容器に対する対陰極の位
置をそのままにして、電子ビーム発生源を移動させるの
が便利である。しかし、これとは逆に電子ビーム発生源
の位置をそのままにして、対陰極を移動させてもよい。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の斜視図である。
円筒形状の対陰極２６は、水平な回転軸線の回りを回転
する。電子ビーム発生源であるフィラメント２８から対
陰極２６に向かって電子ビーム３０が照射され、対陰極
２６の外周面３２上に焦点３４が形成される。この焦点
３４は細長い形状であり、焦点３４の長手方向は、対陰
極２６の外周面３２の周方向と一致している。フィラメ
ント２８は、全体として鉛直方向に延びた姿勢で、対陰
極２６に対向して配置され、これにより、上述のような
縦長の焦点３４が形成される。対陰極２６とフィラメン
ト２８をその内部に収容する真空容器には、Ｘ線取り出
し窓３６、３７が設けられていて、これらの取り出し窓
３６、３７から線焦点のＸ線ビーム３８を水平方向に取
り出すことができる。

【００１６】フィラメント２８は矢印２９の方向に移動
可能であり、これによって対陰極２６の外周面３２上の
焦点３４の位置をずらすことができる。例えば、フィラ
メント２８を左方向に移動させると、焦点３４は左側の
位置３５にずれる。対陰極２６の同じ場所で焦点３４を
長時間使っていると、大きな電力を投入する場合には対
陰極表面が損傷を受けやすい。したがって、所定時間だ
け対陰極を使用したら、フィラメント２８を移動させて
焦点位置をずらすようにしている。なお、焦点位置をず
らしたら、Ｘ線分析装置側でセッティング作業をやり直
すことになる。これとは逆に、フィラメント２８を移動
させないで、対陰極２６を回転軸線の方向に移動させて
もよい。この方が機構が大掛かりになるが、Ｘ線分析装
置から見た焦点位置が変化しないのでセッティング作業
をやり直す手間が省ける利点がある。

【００１７】Ｘ線取り出し窓３６、３７は、図１に示す
ように反対方向に２か所設けることができるが、１か所
でもよい。また、対陰極２６を中心としてフィラメント
２８とは反対の側にも別のフィラメントを配置して、こ
の反対側でもＸ線を発生させるようにしてもよい。この
場合、反対側のフィラメントは、図６に示すように水平
方向に延びるフィラメント姿勢となるようにして、点焦
点のＸ線ビームを水平方向に取り出すようにしてもよ
い。この場合は、一つの回転対陰極で点焦点と線焦点の
両方が実現されることになる。

【００１８】図２は、焦点３４の形状を拡大して示した
ものである。（Ａ）はフィラメント２８の方向から見た
焦点３４の形状である。鉛直方向の長さＬは１０ｍｍ、
幅Ｗは１ｍｍである。（Ｂ）は焦点３４を真横から（す
なわち、対陰極の回転軸線に平行な方向から）見た形状
である。焦点３４は、対陰極の外周面の周方向に沿って
形成されるため、対陰極の半径と等しい曲率半径で曲が
っている。したがって、長さ方向（上下方向）の両端
は、長さ方向の中央部に対して、距離Ｄだけ後退してい
る。この実施例では、対陰極の直径が２５０ｍｍで、焦
点３４の長さＬが１０ｍｍなので、距離Ｄは約０．１ｍ
ｍと非常に小さい。図面では焦点３４の曲がりを誇張し
て示してあるが、実際にはかなり直線に近い。

【００１９】（Ｃ）は、図１のＸ線取り出し窓３７の方
向から見た焦点３４の形状である。焦点の幅Ｗは、見か
け上ΔＷと短くなる。本実施例では、Ｘ線の取り出し角
（図１の角度α）は６度であり、このとき、ΔＷは幅Ｗ
の約１０分の１となる。Ｗ＝１ｍｍなので、ΔＷ＝約
０．１ｍｍである。これに、焦点の曲がりの影響が加わ
る。上述の焦点の曲がりによる距離Ｄと、見かけの幅Δ
Ｗとの合計は、この実施例では約０．２ｍｍである。こ
のように、対陰極の直径を２５０ｍｍかそれ以上にすれ
ば、焦点の曲がりはあまり問題にしなくてよい。

【００２０】次に、図１の回転対陰極Ｘ線発生装置を用
いて、実際のＸ線分析を行った例を示す。図３は、ＥＸ
ＡＦＳ（Ｘ線広域吸収微細構造）測定装置の平面図であ
る。Ｘ線源４２から出たＸ線は発散スリット４４を通過
して分光結晶４６に当たる。分光結晶４６で分光された
Ｘ線は受光スリット４８を通過して、透過型比例計数管
５０と試料５２を透過し、シンチレーション検出器５４
で検出される。試料５２のＸ線吸収係数は、試料５２の
手前の透過型比例計数管５０で測定したＸ線強度と、試
料５２の後方のシンチレーション検出器５４で測定した
Ｘ線強度との比をとって求めることができる。Ｘ線源４
２と分光結晶４６と受光スリット４８は、直径の一定な
円５６の上に常に来るように機構的に連結されており、
分光結晶４６に対するＸ線の入射角を変化させても、こ
の関係は変わらないようになっている。分光結晶４６に
対するＸ線の入射角を変化させると、試料５２に照射さ
れるＸ線の波長が変化する。

【００２１】図４は、Ｘ線源として図１の回転対陰極Ｘ
線発生装置を用いて、銅箔のＸ線吸収スペクトルを測定
したグラフである。横軸は試料に照射するＸ線エネルギ
ー、縦軸は試料のＸ線吸収係数である。図４のスペクト
ル５８は、図３に示すＥＸＡＦＳ測定装置でＸ線吸収ス
ペクトルを測定したものである。図３の分光結晶４６と
しては、Ｇｅ結晶の（２２０）面を使用したヨハンソン
型の湾曲結晶を用いた。このスペクトル５８を測定する
ときには、図１の回転対陰極Ｘ線発生装置を用いて、管
電圧を１７ｋＶ、管電流を３６０ｍＡとしており、２８
万ｃｐｓ（カウント／秒）のＸ線強度が得られた。この
ようなＸ線源を用いたことにより、従来よりも短い測定
時間で十分な質のスペクトル測定が可能になった。

【００２２】図４のもう一方のスペクトル６０は、標準
的な広角ゴニオメータを使用して同じ銅箔のＸ線吸収ス
ペクトルを測定したものである。ゴニオメータの回転中
心にＬｉＦ平板結晶（２００）をおいて連続Ｘ線を分光
してから、銅箔試料にＸ線を照射したものである。この
場合も、Ｘ線源として図１の回転対陰極Ｘ線発生装置を
使用しており、管電圧を２５ｋＶ、管電流を６００ｍＡ
としたときに、８万ｃｐｓ（カウント／秒）のＸ線強度
が得られた。ＥＸＡＦＳ専用装置には及ばないものの、
広角ゴニオメータを使って得られた結果としては、従来
の数倍のＸ線強度が得られた。

【００２３】図５は、Ｘ線源として図１の回転対陰極Ｘ
線発生装置と図３の測定装置とを用いて、鉄の蛍光Ｘ線
（Ｋα線）を分光した結果のグラフである。横軸は蛍光
Ｘ線のエネルギー、縦軸は蛍光Ｘ線の強度である。分光
結晶としてはＧｅ（２２０）のヨハンソン型湾曲結晶を
用いた。このスペクトルによれば、Ｋα1 線とＫα2線
とがきれいに分離されており、５ｅＶ前後の良好な分解
能が得られている。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、水平な回転軸線の回りを回転
する円筒形状の対陰極において、焦点の長手方向が、対
陰極の外周面の周方向と一致するようにしたことによ
り、焦点から水平方向に線焦点のＸ線ビームを取り出す
ことができる。これにより、大型の回転対陰極を用いた
場合でも線焦点のＸ線ビームを水平方向に取り出すこと
が可能になり、Ｘ線強度の大きな線焦点Ｘ線源を実験室
レベルで得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】焦点の拡大図である。

【図３】ＥＸＡＦＳ測定装置の平面図である。

【図４】図１の装置をＸ線源とした銅箔のＸ線吸収スペ
クトルのグラフである。

【図５】図１の装置をＸ線源として鉄の蛍光Ｘ線を分光
した結果のグラフである。

【図６】従来の回転対陰極Ｘ線発生装置の斜視図であ
る。

【図７】従来の回転対陰極Ｘ線発生装置の別の例の斜視
図である。

【符号の説明】

２６…対陰極２８…フィラメント３０…電子ビーム３２…外周面３４…焦点３６…Ｘ線取り出し窓３８…線焦点のＸ線ビーム

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【手続補正書】

【提出日】平成４年８月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】第３の発明は、第１の発明において、電子
ビーム発生源を、対陰極に対して、回転軸線に平行な方
向に相対的に移動可能にしたものである。第１の発明で
は、対陰極の外周面の周方向に沿って焦点が細長く延び
ているので、従来の焦点配置の場合と比較して、電子ビ
ーム照射を受ける対陰極表面は大きい熱負荷を受け、損
傷を受けやすい。そこで、一定時間だけ対陰極を使用し
たら、電子ビームの当たる位置を回転軸線の方向にずら
してやるとよい。そのためには、電子ビーム発生源を、
対陰極に対して、回転軸線に平行な方向に相対的に移動
させればよい。この場合、真空容器に対する対陰極の位
置をそのままにして、電子ビーム発生源を移動させるの
が便利である。しかし、これとは逆に電子ビーム発生源
の位置をそのままにして、対陰極を移動させてもよい。
第４の発明は、第１の発明において、対陰極を挟んで第
１の電子ビーム発生源と第２の電子ビーム発生源とを設
け、第１の電子ビーム発生源からの電子ビームによって
対陰極の外周面上に細長い第１の焦点を形成するように
して、その第１の焦点の長手方向が、対陰極の外周面の
周方向と一致するようにするとともに、第２の電子ビー
ム発生源からの電子ビームによって対陰極の外周面上に
細長い第２の焦点を形成するようにして、その第２の焦
点の長手方向が、対陰極の回転軸線と平行になるように
したものである。これにより、第１の焦点からは線焦点
のＸ線ビームを水平方向に取り出すことができ、第２の
焦点からは点焦点のＸ線ビームを同様に水平方向に取り
出すことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平な回転軸線の回りを回転する円筒形
状の対陰極と、この対陰極に照射する電子ビームを発生
する電子ビーム発生源とを備える回転対陰極Ｘ線発生装
置において、前記対陰極の外周面上に電子ビームを照射
して細長い焦点を形成するようにし、その焦点の長手方
向が、対陰極の外周面の周方向と一致するようにしたこ
とを特徴とする回転対陰極Ｘ線発生装置。
【請求項２】前記対陰極の直径を２５０ｍｍ以上にし
たことを特徴とする請求項１記載の回転対陰極Ｘ線発生
装置。
【請求項３】前記電子ビーム発生源を、前記対陰極に
対して、前記回転軸線に平行な方向に相対的に移動可能
にしたことを特徴とする請求項１記載の回転対陰極Ｘ線
発生装置。